DE2551683A1

DE2551683A1 - Verfahren und vorrichtung zur funktionsueberpruefung von drehstromgeneratoren, insbesondere bei kraftfahrzeugen

Info

Publication number: DE2551683A1
Application number: DE19752551683
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl Ing Bremer; Hans-Dietrich Smentek
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1975-11-18
Filing date: 1975-11-18
Publication date: 1977-06-02
Also published as: DE2551683B2; DE2551683C3

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Funktionsüberprüfung von
Drchstronngeneratoren, insbesondere bei Kraftfahrzeugen Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Funktionsüberprüfung von Drehstromgeneratoren, insbesondere von als Lichtmaschinen in Kraftfahrzeugen eingeseitzte Drehstromgeneratoren im eingebauten und angeschlos senen Zustand.
Die Verwendung von Drehstromgeneratoren zur Erzeug der Bordnetzspannung bei Kraftfahrzeugen hat sich in letzter Zeit zunchmend durchgesetzt, da solche Drehstromgeneratoren schon bei geringeren Drehzahlen in der Lage sind, ein so ausreichendes Leistungsniveau anzubieten, daß, insbesondere im Winterbetrieb und bei einer Vielzahl angeschlossener Verbraucher nicht auf die in der Batterie gespeicherte Energie zurückgegriffen zu werden braucht.
Allerdings stellt die Überprüfung solcher Drehsiroingeneratoren auf Funktionstüchtigkeit ein erhebliches Problem dar. da bisher eine genaue Analyse des Drehstromgenerators nur dann durchgeführt wenden kann, wenn der Generator aus dem Fahrzeug ausgebabj and auf emen Prüfstand montiert wird.
Tatsächlich läßt sich, wie weiter unten noch genauer erläutert wird, aus der Leistungsabgabe einer Drehstrommaschine selbst nicht mit ausreichender Genauigkeit auf ihre Funktionsfähigkeit rückschließen. denn auch ein telweise defekter Drehstromgenerator. beispielsweise bei Ausfall einer seiner Gleichrichterdioden, ist noch in der Lage, im Normalfall eine für die Versorgung des Kraftfahrzeugs ausreichende Leistung abzugeben, so daß sich das Versagen des Drehstromgenerators gerade dann bemerkbar tnaclten kann, wenn dieser ani notwendigsten benötigt wird, etwa wenn sehr viele Verbraucher eingesetzt werden müssen.
Andererseits ist eine Überprüfung des Drehstromgenerators im Kraftfahrzeug im eingebauten Zustand mit anderen Schwierigkeiten verbunden. da der Drehstromgenerator beispielsweise niclit lc,n der Batterie abgeklemmt werden darf, um nicht über eine zu hohe Generatorlcerlaufspannung die Gleichrichter- und Erregerdioden zu gefähren.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, hier Abhilfe zu schaffen und ein Verfahren sowie Vorrichtungen zur Funktionsüberp iiifiiiig von Drehstromgeneratoren bei Kraftfahrzeugen vorzuschlagen, mit denen sich ein Generator schnell und präzise auch von ungeübten Hilskräften auf Funktion überprüfen läßt, wobei die Überprüfung im eingebauten Zustand und bei angeschlossener Batterie erfolgen soll.
Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung aus von dem eingangs genannten Verfahren und besteht erfindungsgemäß darin, daß der im Gleichstromanteil eines Drehstromgenerators zusätzlich enthaltene Oberwellenanteil ausgewertet und durch Analyse der Kurvenform auf die Funktionstüchtigkeit und gegebenenfalls auf die Art des Fehlers des Drelisti'omgcneratnrs gesclllossen ssrir(l.
Das erfindungsgemciße Verfahren eignet sich besonders zur Überprüfung von Drehstromgeneratoren im eingebauten Zustand, da an dem Kraftfahrzeug nichts verändert zu werden braucht und im einfachsten Fall lediglich eine Verbindung mit den Batterieanschlußklemmen hergestellt zu werden hraucht, wodurch dann, gegebenenfalls unter Verwendung von weiter unten noch genauer zu erliiitern(Jen Systemen und Schaltungen, eine eindeutige Aussage über den Zustand des Generators vorgenommen werden kann.
Das erfinditngsgemäße Verfahren ist unabh.ingig von den jeweiligen Generatorbelastungen, die für jedes Kraftfahrzeug auch dann unterschiedlich sein können, wenn gleiche Belastungszustände von außen eingestellt werden beispielsweise dadurch, daß die an den jeweiligen Generator angeschlossenen Batterien in ihrem Zustand und in ihrem Ladezustand unterschiedlich sind, daß das Regler-erhalten unterschiedliche Werte aufweist u. dergl.
Trotz dieser ungtinstigen Bedingungen gelingt es der Erfindung, die Punktionstiichtigkeit von Drehstromgeneratoren im eingebauten Zustand bei dem Kraftfahrzeug, wobei der Drehstromgenerator zweckmäßigerweise auch gleich von der zugeordneten Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeugs angetrieben wird, einer schnellen und vor allem sicheren Diagnose zu unterwerfen.
Lediglich zur umfassenden Information seien im folgenden noch einige andere Möglichkeiten aufgeführt, die gegebenenfalls eine Überprüfung von Drehstromgeneratoren bei Kraftfahrzeugen ermöglichen So kann beispielsweise eine Leistungsmessung des Drehstromgenerators dadurch erfolgen, daß man die Generatorausgangsleistung über Gleichstromzangen abgreift und einer Messung zuführt; eine solche Messung müßte jedoch drehzahlbezogen sein und kann schon deshalb keine zuverlässige Aussage liefern, da bei der Leistungsübei prüfung reproduzierbare Generatorbelastungen im eingebauten Zustand nur schwer wegen der weiter vorn schon erwähnten unterschiedlichen Betriebszustände realisiert werden können.
Womöglich noch ungenatter ist eine Beurteilung des Drehstromgeneraters über sein Erwärmungsverhalten, wohei beispielsweise die Erwärmung der in Verbindung mit dem Drelistromgenerator eingegesetzten Dioden abgetastet werden könnte; dies ist jedoch auch @ deshalb undurchführbar, da Die neueren Generatoren die Dioden nicht nmehr von außen ohne weiteres zugänglich sind.
Schließlich läßt sich eine grobe Überprüfung des Drehstrongenerators auf Funktionstüchtigkeit auch durch Beurieiklung der Helligkeit des Kontrolllampensignals vornehmen, diese Beurteilung kann aueh optisch oder elektrisch durchgeführt werden. Durch die Vielfalt der jeweils verwenden Systeme, der Art der Kontrollampen und insbesondere auf Grund des Ümstandes, daß auf diese Weise nicht sämtliche Fehler eines Drehstromgenerators erkannt werden können, scheitert auch hier eine Diagnose, insbesondere wenn diese automatisiert durchgeführt werden soll.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Figuren nach varfahrensmäßigen Abläufen, Aufbau und Wirkungsweisen von hierzu geeigneten Vorrichtungen und jeweiligen Vorteilen im einzelnen näher erläutert, wobei weitere Ausgestaltungen der Erfindung in den Unteransprüchen beschrieben sind. Bei der beigefügten Zeichnung zeigen die Figuren la und 1 b in schematischer Schaltungsdarstellung den Aufbau von zwei möglichen Arten von vorzugsweise bei Kraftfahrzeugen verwendeten Drehstromgeneratoren.
Fig. 2 leistungskennlinien bei intakter Maschine und bei Drehstromgeneratoren mit unterschiedlichen Fehlern, die Figuren 1.a bis: zeigen in qualitativer Darstellung Kurvenverlaufe von Generatorausgangswechselspannungen (Oberwellenanteil) bei verschiedenen Generator fehlern, die Figuren 4a und 4h zeigen mögliche Ausgestaltungen für bei erfinelungs gemäßen Vorrichtungen verwendete Regelverstiirker, die Figuren 5a bis .=I) zeigen Aufbau und Frequenzverhalten einer Bandpaß anordnung zur Fit(irunterdrückung, die bei erfindungsgemäßen Vorrichtungen zur Oberwellenanalyse eingesetzt wird, Fig. 6 zeigt in schematischer Darstellung eine Schaltungsanordnung zur 17mwandlung des oherwellen-hehafteten Ausgangssi gnals des Drehstromgenerators in ein entsprechendes, lediglich die Welligkeit repräsentierendes R e chteckausgangs si gnal, die Figuren 7a bis 7c zeigen jeweils die Oherwd le eines Generators bei drei verscliiedenen Betriebszuständen und das zugeordnete, aus dieser Oberwelle entwickelte Rechtecksignal, die Fig. 8 zeigt ein erstes Ausn.ihrungsbeispiel zur Oberwellenanalyse einer Drehst romgenerator -Ausgangs spannung zur Funktionsüber -prüfung nach einem Frequenzmeßverfahren und vergleicht mit einem von der Brennkraftmaschine abgeleiteten Drehzahlsignal, Fig. 9 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Funktionsüberprüfung entsprechend einem weiteren Verfahren, bei welchem ein direkter Vergleich des an der Batterieklemme abgegriffenen Signals mit einem Signal durchgeführt wird, welches an einer mit D bezeiclmeten Klemme (Erregerspannung für die Erregerwicklung), abgegriffen wird, Fig. 10 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel zur Funktionsüberprüfung eines Drehstromgenerators entsprechend einem Verfahren, bei dem eine Impulsausfallerkennung durchgeführt wird, Fig. 11 zeigt ein Ausführungsbeispiel zur Funktionsüberprüfung eines Drehstromgenerators unter Verwendung einer Testschaltung, die mit cineni Phasenregelkreis arbeitet, Fig. 12 zeig schließlich ein letztes Ausführungsbeispiel. bei weichem nach einem Verzögerungsverfahren mit Anatogspeicher gearbeitet wird.
Fig. 13 gibt die bei diesen Verfahren bei intaktem und gestörtem Generator entstehenden Spannungsverläufe an, Rvähren(l Fig. 14 ein Ausführungsbeispiel für die mögliche Realisierung einer verzögerungsschaltung fiir Anal ogsignale angibt, einmal in sehematischer Darstellung aund einnal einen realisierbaren Schaltungsaufbau hi erffir.
Bevor auf die möglichen Diagnoseverfahren zur Feststellung eines Fehlers bei einem Drehstrongenerator genauer eingegangen wird, erscheint es zweckmäßig zu sein anhand der Darstellungen der Figuren la und lb sowie der Fig. 2 den grundsätzlichen Aufbau und die Leistungskennlimien von Drehstromgeneratoren vorab zu untersuchen.
Fig. 1 zeigt einen Drehstromgenerastor, wie er heuie weit verbreitet ist : der Generator ist mit dem Bezugszeichen i verschen und umfaßt in ver-@@@@ einfachter Darstellung eine Erregerwicklun 2 sowie Feldwicklungen 4, die sternartig angeordnet einen gemeinsamen Verbindungspunkt aufweisen und mit ihren anderen Anschlüssden zur Gleichrichtung <Jer in ihnen erzeugten Wechselspannung über gleichrichtende sogenannte Plnsdioder 5 mit dem Anschlußpunkt B und über gleichrichtende Alinusdioden 6 au Masse liegen. Der Schaltungspunkt B ist gleichzeitig der Anschlunkt für die Batterie 7; die Leitung il führt weiter zu den jeweils an dic Lichtmaschine angeschlossenen Verbrauchern, wenn es sich um einen Drehstrom generator bei einem Kraftfahrzeug handelt, Das in Fig. la gezeigte Ausführungsbeispiel verfügt noch über drei sogenannte Erregerduiden 9, die ebenfalls mit den äußeren Auschlüssen der Feldwicklungen 4 verbunden sind und einen Schaltungspunktanschluß D bilden, cler einmal her einen Regler ]0 mit dem Anschlußpunkt DF für die Erreglerwicklung 2 verbunden ist, audererseits über eine Kontrollampe 11 am Zündschalter ZS liegt, der die Deitung 12, die zur Zündung weiterführt, mit dem Batterieanschluß.punkt 13 verbindet, wenn das Kraftfahrzeug in Betrieb genonumen wird. Wie ersichtlich erlischt die mit ihrem anderen Anschlußpunkt über die Erregerwicklung 2 an Masse gelegte Kontrollampe 11 dann, wenn die von den Erregerdioden 9 anodenseitig abgegebene Spannung gleich ist den Batterieklemmenspannung, d.h. drei Spannung ani Anschlußpunkt 13.
Bei einer anderen, in der Darstellung der Fig. 1b gezeigten Ausfüllrungsform eines Drehstromgenerators sind keine Erregerdioden 9 vorgesehen, so daß der Schaltungspunkt D wegfällt; die Erregerwicklung 2 erhält ihre Spannung über den Regler 10 von dem im Betriebsfall geschlossenen Zündschalter ZS von der Batterieklemme 13, wobei eine Ladekontrolle dadurch gewonnen wird, daß zwischen dem Schaltungspunkt B und dem Batterieanschlußpunkt B ein Amperemeter 13 geschaltet ist Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. la sind normalerweise der Schaltungspunkt B und der Schaltungspunkt D auch bei eingebautem und angeschlossenem Drehstromgenerator von außen zugänglich, bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1b ist auf jeden Fall der Schaltungspunkt B von außen zugänglich.
Der Darstellung der Fig. 2 lassen sich für einen intakten Drehstronlgenerator und für Drehstromgeneratoren mit unterschiedlichen Fehlern Verläufe von Leistungskennlinien entnehmen, nämlich jeweils den von dem Drehstromgenerator abgegebenen ,Stm m über der Drehzahl. An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, daß auf Grund einer üblicherweise vorhandenen Übersetzung der jeweilige Drehstromgenerator bei einem Kraftfahrzeug mit doppelter Drehzahl, bezogen auf die Drehzahl der Brennkraftmaschine selbst, läuft.
Im Diagramm der Fig. 2 sind insgesamt neun verschiedene Fälle für mögliche Fehlerquellen eines Drehstromgenerators aufgeftihrt, die in der nachfolgenden kleinen Tabelle angegeben sind: a) Einwandfreie Maschine b) Plusdiode 5 Unterbrechung c) Minus di ode 6 1 nterl)rechung d) Erregerdiode 9 Unterbrechung e) Plusdiode 5 Kurzschluß f) lVIinusdio(le 6 Kurzschluß g) Erregerdiode 9 Kurzschluß h) Unterbrechung einer Phase j) Kurzschluß einer Phase.
Diese Leistungskennlinien zeigen, daß für eine ganze Anzahl von Fehlern, nämlich etwa für einen Bereich, in welchem der Drehstromgenerator noch etwa 20 Ampere abzugeben imstande ist, obwohl bei ihm ein Fehler vorliegt, dieser Fehler moglicherweise gar nicht bemerkt wird, bis schließlich bei einer erhöhten Leistungsanforderung der Ausfall des Drehstromgenerators um so nachdrücklicher in Erscheinung tritt.
Der Darstellung der Fig. 3 lassen sich schließlich noch für die in Fig. 2 (Wechselspannungsanteil der Batterieangegebenen Leistungskennlinien die jeweiligen oberwellenverläufe am Batterieanschlußpunkt B bzw. am normalerweise ebenfalls zugänglichen Schaltungspunkt D als Spannungsausgang der Erregerdioden 9 entnehmen. Die Spannungsverläufe der Fig. 3, die insgesamt ebenfalls die Fälle a) bis j) unterscheiden, entsprechen den mit den gleichen klcinen Buchstaben angegebenen Leistungskennlinienverläufen der Fig. 2. Die Spannungsverläufe der Fig. 3 zeigen im wesentlichen lediglich die Welligkeit des Drehstromgeneratorausgangssignal s am Schaltungspunkt B oder Schaltungspunkt D, wobei in der linken Spalte die Spannung 1ll3 am Schaltungspunkt R und in der rechten Spalte die Spannung lJ) :r den Schaltungspunkt I) angegeben ist Die Spannungsverläufe der Fig. 3 zeigen, daß erhebliche Unterschiede bei den verschiedenen Fehlern auftreten ; insbesondere zeigt der Spannungsverlauf der Fig. 3d. daß lediglich durch Betrachtung der Wechselspannungssignale, d.h. des Oberwellengehalts der Spannung UB am Anschlußpunkt B in erster Näherung nicht erkannt werden kann, ob eine Erregerdiode Unterbrechung hat. Durch heranziehung des Signals UD läßt sich aber auch hier der Fehler eindeutig diagnostizieren. Für eine automatische Diagnese bedeutet dies, daß unter Einbeziehung sämtlicher bekannter Generatorsysteme eine vollständige Generatorprüfung möglich ist durch Beurteilung des Oberwellensignals (entsprechend Spannung UB) bzw. der Spannung UD zusätzlich bei solchen Drehstromgeneratoren, die über (die weiter vorn schon erwähnten Erregerdioden 9 verfügen Es sei darauf hingewiesen, daß bei der vorliegenden Erfindung zwar die Möglichkeit besteht, auch qualitativ eine Aussage über Art des jeweillgen zu reachen Fehlers und gegehenenfalls auch noch eine Identifizierung des fehlerhaften Bauteils zu treffen, die naschfolgenden Ausführungsbeispiele sind jedoch im wesentlichen so ausgelegt, daß für eine schnelle und funktionelle Prüfung primär lediglich festgestellt werden soll, ob überhaupt ein Fehler des Drehstrongenerators vorliegt ; dies würde dann, da auf Grund des heutigen Entwicklungsstandes preiswerter, zu einem vollständigen Austausch des jeweiligen Drehstromgenerators führen.
Allerdings ergeben Fall für eine automatische Diagnose, die entsprechend einem Grundsätzlichen erfindungsgemäßen Merkmal in einer Beurteilung des Oberwellenanteils der G.eneraturausgangsspannung besteht, Schwierigkeiten, die auf folgende Umstände zurückzuführen sind: 1.) Je nach Belastung des Drehstromgenerators durch eine rnehr oder weniger gut geladene Batterie, deren Zustand überhaupt sowie durch sonstige Verbraucher sind sehr unterschiedlicIe Amplituden des Wechselspannungsanteils der Spannung Uß zu erwarten, die in dem Spannungsbereich von einigen Millivolt bis zu Spannungen von 1 Volt und teilweise mehr liegen.
2.) Ohne Festlegung von Drehzahlen und ohne Bezug auf eine teferenzdrehzahl sind die IS'requenzverhciltnisse des Oberwellenanteils normalerweise nicht zu beurteilen, allerdings werden imfolgenden auch Ausführungsbeispiele angegeben, die bei einer T)iagnose alch ohne eine Bezugs frequenz auskommen.
3.)Neben dem auf den Drehstromgenerator zurückgehenden ()berwellenanteil enthält die Spannung am Schaltungspunkt B noch den Störanteil durch die Zündung, was zu einigen Problemen führen kann, außerdem macht sich das Schaltverhalten des Reglers 10 auf das Spannungssignal UB bemerkbar.
Es ist weiter vorn schon ausgeführt worden, daß aus ökonomischen Gründen lediglich eine allgemeine Funktionsprüfung angestrebt werden sollte, wobei zweckmäßigerwelse bei einem automatischen Werkstattgerät rnit der angeschlosseneti Batterie des Kraftfahrzeugs als Versorgungsspannungsquelle gearbeitet wird und wobei fiir die Messung der .Spannung U lediglich zwei Zuführungsleitungen benötigt werden, die beispielsweise mit den Batterieklemmen zu verbinden sind.
Revor im einzelnen auf die jeweiligen Diagnoseverfahren eingegangen wird, sollen zunächst anhand der Figuren 4a, 4b und der Figuren >a bis 5c zwei Schaltungen besprochen werden, die bei sämtlichen Ausfiihrtingsbeispielen Verwendung finden können und die im wesentlichen der Signalaufbereilung dienen.
7,um Ausgleich der unterschiedlichen Spannungsamplituden durch die verinderbare Drehstromgeneratorbelastung ist ein llegelverstärker vorgesehen, dem eingangsmäßig die Spannung U. (bzw. UD) zugeführt wird und der ausgangsm äßig ein ausschließlich den Oberwellenanteil darstellendes Signal erzeugt, welches auf eine bestimmte gegebene Spannungsamplitude normiert ist, (1. h. welches von den weiter vorn erwähnten, von Drehstromgenerator zu Drehstromgenerator schwankenden Oberwelloneingangsamplituden unabhingig ist.
In Fig. 4a ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines Regelverstärkers 20 gezeigt, dessen Eingangsklemme 21 mit Masse und dessen Eingangsklemme 22 mit Versorgungsspannungspotential, beispielsweise also mit dem Potential der Batteriespannung verbunden wird. Der Eingangsklemme 23 wird das zu untersuchende, oberwellenbehaftete Potential zugeführt, welches über einen Kondensator 24 zur Gleichstromabtrennung und einen Widerstand 25 auf den einen Hauptelektrodenanschluß 26 eines Feldeffekttransistors 27 gelangt, dessen anderer Elauptelektrodenanschluß 28 (entweder drain oder source) über eine Zenerdiode 29 an Masse liegt. Der Anschlußpunkt 26 ist über einen Widerstand 30 rnit dem einen, hier invertierenden Eingang 31 eines Operationsverstärkers oder Differenzverstärkers 33 verbunden, dessen anderem, nicht invertierenden Eingang ein konstantes Potential zugeführt ist. Der Feldeffekttransistor 27 verhält sich wie ein steuerbarer Widerstand, so daß eine Spannungsteilerschaltung aus dem Widerstand 25 und der Hauptstrecke des Feldeffekttransistors 27 entsteht, der durch das Potential an seinem Eingang (gate) 33'in seinem Widerstandswert gesteuert ist.
Zur jeweils richtungsgerechten Steuerung des gate-otentials des Feldeffekttransistors 27 ist dem ersten Operationsverstärker 32 ein weiterer Operationsverstärker 33 nachgeschaltet, dem das in seiner Amplitude konstant zu haltende Ausgangssignal UA (entspricht nunmehr einem normierten Oberwellensignal) über Kondensator 34, Gleichrichterkette 35 seinenn nicht invertierenden Eingang 36 zugeführt ist; der invertierende Eingang des Operationsverstärkers 33 ist mit einem eins tellbaren Konstantpotential von einer Spannungsteilerschealtung 37 versorgt. Das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 33 wird über eine Leitung 38 rückgeführt und bildet das Steuersignal für den Feldeffekttransistor 27. Durch einen s-oleilen Aufbau eines Regelverstärkers 20 erfolgt über den Rückrführzweig eine Nachregelung jeweils dahingehend, daß der gewünschte eingestellte Schwellwert der Ausgangsspannung erzielt wird Das Ausführungsbeispiel der Fig. 4b zeigt eingangsmäßig einen unterschiedlichen Aufbau, wobei durch Zuführung einer geeigneten Regelspannung am Eingang 39 die Diodenkennlinie einer Diode 40 so gesteuert wird, daß sich ein entsprechend ausgebildetes Regelverhalten ergibt. Die dem Anschluß 39 zugeführte Regelspannung läßt sich in ähnlicher Weise wie beim Ausführungsbeispiel der Fig. 4a gewinnen.
Weiter vorn ist schon darauf hingewiesen worden, daß das zu analysierende Oberwellensignal störspannungsbehaftet ist ; eine Herausfilterung dieser Störspannungen ist geboten, was mit Hilfe einer eine Bandpaßcharakteristik aufweisenden Schaltung, wie in den Figuren 5a bis hic gezeigt1 vorgenommen wird. Zur Bestimmung der Eigenschaften des Bandpasses sei davon ausgegangen, daß die in Kraftfahrzeugen normalerweise verwendeten Drehstromgeneratoren 12 azole aufweisen, so daß sich bei drei Phasen pro Umdrehung des Generators 36 Oberwellenperioden ergeben; wegen der meist mit doppelter Motordrehzahl laufenden Generatoren ergeben sich somit 72 Perioden, bezogen auf eine Motorwellenumdrehung. Andererseits treten bei einer Motorwellenundrehung je nach der Anzahl der Zylinder 2, 3 oder 4 Zündungsperioden auf, wenn es sich etwa um einen 4-, 6- oder 8-Zylindermotor handelt. Ein zu überwachender, interessierender Frequenzbereich bei der Oberwellenanalyse erstreckt sich somit, wenn man von Drehzahlen ab 1000 U/min bis 6000 U/min ausgeht, von 300 Hz bis 3,6 KHz. Eine solche Bandpaßcharakteristik läßt sich am zweckmäßigsten durch die Hintereinanderschaltung eines Hochpasses mit der Frequenzgrenze von 300 Hz und eines Tiefpasses mit der Frequenzgrenze von 3,6 KHz realisieren; bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 5a ist ein an sich bekannter Aufbau eines als aktives Element einen Verstärker 50 umfassenden IIochpasses 52 mit der unteren Grenzfrequenz fg2 und ein an sich bekannter Aufbau eines Tiefpasses 53 mit einem zugeordneten aktiven Verstärker 51 dargestellt. Die obere Grenzfrequenz fgl liegt bei 3,6 KHz. Der Hochpaß 52 besteht aus der Reihenschaltung zweier Kondensatoren 54 und 55, die das Eingangssignal auf den Pluseingang des Differenzverstärkers 50 geben; dieser Eingang ist über einen Widerstand 56 an Masse gelegt; der Verbindungspunkt der beiden Kondensatoren liegt über einen Widerstand 57 am Ausgang des Verstärkers 50, der über eine Verbindungsleitung 58 noch mit dem Minus eingang verbunden ist. An diesen Hochpaß 52 schließt sich über die Reihenschaltung zweier Widerstände 59 und 60 der Tiefpaß 53 an, dabei liegt der Plus eingang des Differenzverstärkers 51 am freien Anschluß des Widerstands 60, der über einen Kondensator 61 noch gegen Masse abgeblockt ist. Der Verbindungspunkt der beiden Widerstände 59 und 60 liegt über einen Kondensator 62 am Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers 51, dessen Minuseingang ebenfalls mit dem Ausgangsanschluß verbunden ist. Es ergibt sich dann die in Fig. 5b dargestellte Dämpfung A von Hochpaß 52 und Tiefpaß 53 und der Gesamtdämpfungsverlauf A' in Fig. 5c mit den beiden Grenzfrequenzen fg2 und fgl, die zwischen sich den Durchlaßbereich der Schaltung definieren.
Wie eingangs schon erwähnt, strebt die Erfindung Diagnoseverfahren und hierzu geeignete, vorzugsweise automatisch arbeitende Vorrichtungen an, die Abweichungen im Kurvenverlauf der Spannung U B und der dort auftretenden Frequenz von der Norm feststellen und ein Prüfergebnis etwa in folgender Form ausgeben sollen: x) Generator in Ordnung bzw.
y) Generator defekt, tauschen.
Dabei ist es bei einigen Ausführungsbeispielen zweckmäßig, das Eingangssignal entsprechend der Darstellung der Fig. 6 nach Durchlaufen des Bandpasses 70 nach Fig. 5a und des Regelverstärkers 71 entsprechend den Schaltungsvarianten der Figuren 4a und 4b noch einer nachgeschalteten Rechteckimpuls-Formerstufe 72 zuzuführen, die in einfacher Weise beispielsweise aus einem Schmitt-Trigger oder einem sonstigen bekannten Schaltungselement aufgebaut sein kann. Es ergeben sich dann als Rechteckausgangssignal der Rechteckimpulsformerstufe 72 die Kurvenverläufe der Figuren 7a bis 7c, wobei der obere Kurvenverlauf jeweils in schematisierter Darstellung den Verlauf der Oberwelle anzeigt, der untere Kurvenverlauf das daraus gewonnene Rechtecksignal; bei Fig. 7a ist der Drehstromgenerator einwandfrei, bei Fig. 7b weist die Erregerdiode 9 einen Kurzschluß auf und bei Fig. 7c liegt eine Unterbrechung der Minusdiode vor.
Das im folgenden in Fig. 8 dargestellte erste Analyseverfahren zur Diagnose auf Grund des Oberwellenverlaufs macht von dem Aus gangsrechtecksignal der Schaltung der Fig. 6 Gebrauch und verwendet als Zeitreferenz ein, beispielsweise mittels eines Drehzahlmessers ermitteltes Drehzahlsignal. Weiter vorn ist schon ausgeführt worden, daß ein vorgegebenes Verhältnis zwischen Kurbelwellenfrequenz und Oberwellenfrequenz besteht, dieses Verhältnis beläuft sich beispielsweise bei einer Generatorpolzahl von 12 auf 1:72. Bei 2000 Umdrehungen/min des Drehstromgenerators muß die zu messende Frequenz der Oberwele 2400 Hz betragen; es empfiehlt sich aber zur präziseren Messung eine Frequenzverhältnismessiing, wozu ein drehzahlsynchrones Signal UK über einen Umschalter 75 zur Einstellung auf die jeweilige Zylinderzahl der Brennkraftmaschine, wenn UK das Zündsignal ist und ein nachgeschaltetes Kippglied, beispielsweise einem Flipflop 76 ein Zähltor 77 steuert, in welches während des geöffneten Zustandes des Zähltors die Impulse des Oberwellensignals von der Rechteckformerimpulsstufe 72 eingezählt werden. Nach Zählung der aufbereiteten Oberwellenimpulse mittels eines nachgeschalteten Zählers 78 gelangen diese auf einen Zwischenspeicher 79 und von diesem einmal unmittelbar zur Anzeige an eine Anzeigevorrichtung 80, außerdem auf einen Vergleicher 81, dem ein das Verhältnis von Drehzahlsignal UK zurOberwellenimpulsfrequenz angebender Sollwert über eine Sollwerteinstellschaltung 82 zugeführt ist. Der Vergleicher 81 überprüft das im Zwischenspeicher 79 gespeicherte Zählergebnis 78 für jede Öffnungsperiode des Zähltors 77, beispielsweise ein einfaches UND-Gatter,und zeigt das Ergebnis an einer weiteren Anzeigevorrichtung 83 an, der zwei Kontrollampen 84 und 85 zugeordnet sein können, die durch ihr jeweiliges Aufleuchten einen intakten oder defekten Drehstromgenerator kennzeichnen. Das Frequenzverhältnis von Oberwellenfrequenz zur Kurbelwellenfrequenz isthrehzahlunabhängig, die Messung läßt sich daher automatisieren, wobei auch die Sollwerteinstellung dadurch variabel geschaltet werden kann, daß dem Sollwerteinsteller 82 der Sollwert etwa über Programmkarten eingegeben werden kann, um unterschiedliche Polzahlen oder Moto r-D rehstromgenerator-Übersetzungsverhältnis s e zu berücksichtigen.
Bei dieser Messung wie bei sämtlichen Messungen, die als Referenzsignal ein Drehzahlsignal verwenden, kann ein Fehler dadurch auftreten, daß der zum Antrieb des Drehstromgenerators verwendete Keilriemen einen Schlupf aufweist; eine Prüfung auf präzise Messung kann beispielsweise in solchen Fällen dadurch erfolgen, daß man während des Meßvorganges durch Einschalten großer Verbraucher die Generatorbelastung erhöht. Hat der Generator schon vorher Schlupf gehabt, dann wird bei konstant gehaltener Motordrehzahl durch die hohe Belastung die Generatordrehzahl schnell absinken, so daß sich ein Keilriemenfehler von den nach dieser Methode festgestellten Generatorfehlern trennen läßt.
Es versteht sich aber, daß ein Keilriemenfehler beispielsweise auch dadurch eliminiert werden kann, daß man ein Drehzahlsignal beispielsweise direkt aus der Umdrehung des Drehstromgenerators selbst ableitet, indem man etwa durch optische Abtastung eines Punkts am Lüfterflügel ein Drehzahlsignal für den Drehstromgenerator gewinnt; ist dies zu umständlich, kann in einer weiteren Ausgestaltung dieses Verfahrens auf jeden Fall der Umschalter 75 dann weggelassen werden, wenn man zur Drehzahlfrequenzmessung einen sogenannten'bT-Impulsgebers' verwendet, der pro Umdrehung der Brennkraftmaschine einen Impuls liefert. Im Grunde können zur.Darstilung des Drehzahlsignals aber beliebige Möglichkeiten ins Auge gefaßt werden, beispielsweise die in Fig. 8 verwirklichte Möglichkeit mit Hilfe des Zündungssignals' und einem nachgeschalteten Umschalter. Bei Brennkraftmaschinen mit selbsttätiger Verbrennung, beispielsweise Dieselmotoren, ist es aber zweckmäßiger, einen solchen oberen Totpunktgeber zu verwenden.
Fig. 9 zeigt ein weiteres Diagnoseverfahren zur Fehlerfestzstellun, )wobei (Erregerdiode - Unter rechufig) sich insbesondere auf ein Versagen von ErregerdiodenYzurückfuhrende Fehler diagnostizieren lassen. Bei solchen Fehlern unterscheiden sich, wie die Kurvenverläufe der Fig. 3 zeigen, die Signale U B und UD beträchtlich voneinander, so daß dann, wenn man beide Signale, wie in Fig. 9 gezeigt, über entsprechend vorgeschaltete Bandpässe und Regelverstärker 70, 70'; 20, 20' einem elektronischen Komparator 90 zuführt, der Komparator bei nichtidentischen Eingangssignalen eine nachgeschaltete Fehleranzeigevorrichtung 91 so aussteuert, daß entsprechende Kontrolllampen 84 und 85 den Zustand des Drehstromgenerators angeben. Die Regelverstärker 20, 20' sind auch bei diesem Ausführungsbeispiel deshalb erwünscht, da selbst bei einwandfreien Drehstromgeneratoren die Spannungen an der Batterieklemme und an der Klemme D im Kraftfahrzeug leichte Unterschiede aufweisen können. Die Messung ist im betrachteten Drehzahlbereich von etwa 1000 bis 6000 Umdrehungen/min drehzahlunab-.
hängig, so daß eine automatisierte Messung möglich ist. Es versteht sich, daß ein solches Meßverfahren nur dann angewendet werden kann, wenn die Spannung an der Klemme D der Schaltung nach Fig. la frei zugänglich ist, bei Generatoren nach Fig. lb sind andere Meßverfahren anzuwenden.
Es ist schon mit Bezug auf die Darstellungen der Figuren 7a bis 7c erläutert worden, daß bei konstant gehaltener und definierter Drehzahl des Drehstromgenerators der Impulsabstand des aus dem Oberwellengehalt abgeleiteten Oberwellenrechtecksignals konstant ist, siehe Fig. 7a. Tritt ein Generatorfehler auf, dann fallen einzelne Rechteckimpulse aus und der Impulsabstand vergrößert sich, wie in den Figuren 7b und 7c gezeigt. Diese Änderung des Impulsabstandes wird in dem mit Bezug auf Fig. 10 beschriebenen Verfahren und dem dort angegebenen Schaltungsaufbau in der Weise ausgenutzt, daß ein nachtriggerbares monostabiles Kippglied, beispielsweise ein Monoflop 101 verwendet wird, dem an seinem Eingang A das Rechtecksignal zugeführt wird und dessen astabile Standzeit so eingestellt ist, daß diese größer als eine Periode, jedoch kleiner als zwei Perioden des zugeführten Rechteck-Oberwellensignals ist. Zweckmäßigerweise ist die Zeitkonstante t des Monoflops 101, wie in Fig. 10c gezeigt, geringfügig größer als die Zeitkonstante to der Rechtecksignalperiode entsprechend Fig. 10b. Da die Impulse des Rechtecksignals bei einwandfreiem Drehstromgenerator daher in einer engeren Folge dem Monoflop 101 zugeführt werden, als dies seiner einstellbaren Zeitkonstante entspricht, wird das Monoflop 101 jeweils erneut getriggert, bevor es in seinen einen Ausgangszustand zurückfallen kann, Es ändert sich daher bei einwandfreiem Drehstromgenerator das Ausgangssignal am Ausgang B der Schaltung Fig. 10a nicht, da jeweils rechtzeitig eine erneute Triggerung durch die Impulse des Rechtecksignals erfolgen.
Fehlen jedoch Impulse im Rechtecksignal, die auf Generatorfehler zurückzuführen sind, dann hat der Monoflop 101 Zeit, entsprechend der Fig. 10e in seinen ersten Zustand zurückzufallen, so daß sich auch am Ausgang B ein veränderbares Spannungssignal ergibt, welches als Fehlersignal ausgewertet wird. Die Fig. 10d zeigt das Rechtecksignal bei Fehlen eines Impulses, der gestrichelt eingezeichnet ist und der bei seinem Vorhandensein ein Rückkippen des Monoflops 101 verhindert hätte. Es versteht sich, daß bei diesem Verfahren die Drehzahl von Brennkraftmaschine und damit Drehstromgenerator konstant gehalten werden muß; andererseits läßt sich aber durch diese Schaltung auch ein Schlupf des treibenden Keilriemens feststellen, da bei zuschaltbarer erhöhter Generatorbelastung und bei Auftreten eines Schlupfes während des Meßvorganges ein Fehlersignal am Ausgang des Monoflops 101 auftreten wird. Der Ausgang B des Monoflops 101 kann in üblicher Weise einer Anzeigevorrichtung 83 zur Auswertung und zur Angabe des Drehstromgeneratorzustandes über Kontrollampen 84 und 85 zugeführt werden.
Im folgenden wird mit Bezug auf die Darstellung der Fig. 11 ein weiteres Verfahren zur Oberwellenanalyse eines Drehstromgenerators angegeben, welches besonders zuverlässig arbeitet und lediglich eines Eingangssignals von der Batterieklemme des Kraftfahrzeugs bedarf. Bei diesem Verfahren wird mit Hilfe eines sogenannten Phasenregelkreises (PLL-Schaltung = phase-locked-loop) ein Ersatzfrequenzsignal oder ein Vergleichsfrequenzsignal erzeugt und mit dem Oberwellenfrequenzsignal kontinuierlich verglichen. Das an Klemme 110 anliegende Eingangssignal U B wird über die üblichen weiter vorn schon erwähnten Schaltungen, nämlich Bandpaß 70, Regelverstärker 71 und Rechteckimpulsformerstufe 72 aufbereitet und gelangt auf eine Schaltung 111 zum Phasen- und Frequenzvergleich. Kernstück der Diagnosevorrichtung der Fig. 11 ist ein zur PLL-Schaltung gehörender spannungsgesteuerter Oszillator 112, dem von der Phasen- und Frequenzvergleichsschaltung 111 eine Regelspannung U zugeführt wird, die folgenden Wert aufweist: U = K1 f1 l + K2 (f2 - f1).
Bei der Frequenz fl 1 handelt es sich um die Frequenz des Oberwellenrechtecksignals, die Frequenz f2 ist die Ausgangsfrequenz des spannungsgesteuerten Oszillators 112, Im eingerasteten Zustand der PLL-Schaltung zieht die Sollfrequenz in einem gewissen Fangbereich die Oszillatorfrequenz des spannungsgesteuerten Oszillators 112 mit, da die Vergleicherstufe 111 eine der Frequenz- bzw. Phasendifferenz proportionale Regelausgangs - Gleichspannung liefert, die die Os zillatorfrequenz so lange nachstimmt, bis die Frequenz- und Phasendifferenz zu Null wird. Bei geeigneter Dimensionierung gelingt es beispielsweise in einem einen Drehzahlbereich zwischen 1000 bis 6000 Umdrehungen/min des Motors entsprechenden Frequenzbereich, einen starren Zusammenhang zwischen den Frequenzen fl und f2 zu erzielen (eingerasteter Zustand), so daß Messungen in diesen Grenzen auch drehzahlunabhängig sind.
Auswerten läßt sich die Schaltung der Fig. 11 mittels zweier Schaltungsvarianten, die mit a) und b) in Fig. 11 angegeben sind. Wegen der Regelzeitkonstante der PLL-Schaltung, beispielsweise wegen einer Tiefbaßschaltung im Phasen- und Frequenzvergleicher 111 kann die PLL-Schaltung abrupte Frequenzänderungen der Eingangsfrequenz fl nicht nachregeln, so daß in erster Näherung die Frequenz f2 des spannungsgesteuerten Oszillators 112 auch dann konstant bleibt, wenn ein Impuls in der Frequenzfolge fl fehlt, was auf einen Fehler des Drehstromgenerators hindeutet.
In einer einfachen Vergleicherschaltung der Fig. llb, die die Ersatzfrequenz f2 mit der oberwellensynchronen Originalfrequenz fl vergleicht, läßt sich das Fehlen von Impulsen mit Hilfe eines Komparators 113 feststellen, desgleichen auch Fehler, die auf Verbreiterung und Verschmälerung von Eingangsimpulsen auf Grund von Kurvenformänderungen zurückgehen, die entsprechenden Generatorfehlern zugrunde liegen. Eine nachgeschaltete Auswerte- oder Anzeigeschaltung 114 mit entsprechenden Kontrollampen bringt einen Fehler dann in üblicher Weise zur Anzeige.
einen Andererseits kann auch die Regelspannung U, dieYder Frequenzdifferenz Anteil enthält proportionalen Vzur Auswertung herangezogen werden; bei Fehlen von Eingangsimpulsen der Frequenz fl ändert. sich die Nachregelspannung (weicht also vom Gleichspanngsverhalten ab), so daß über ein Differenzierglied aus Kondensator 115 und Widerstand 116 ein Wechselstromanteil der Regelspannung nach Fig. Iia von einer nachgeschalteten Auswerteschaltung 117 erfaßbar ist und zur Anzeige gebracht werden kann. Die sich durch Fehlen von Eingangsimpulsen der Frequenz fl ändernde Nachregelspannung U erkennt auch Impulsverbreiterungen und Verschmälerungen von Eingangsimpulsen, da in solchen Fällen Phasendifferenzen auftreten und die Regelspannung U beeinfiussai. Schlupfmessungen können durch das weiter vorn schon geschilderte Verfahren einer ansteigenden Belastung des Drehstromgenerators separat durchgeführt werden.
Schließlich wird mit Bezug auf die Darstellungen der Figuren 12 bis 14 noch ein weiteres Verfahren zur Oberwellendiagnose angegeben, welches ebenfalls ausschließlich mit dem an der Batterieklemme zur Verfügung stehenden Signal UB arbeitet.
Bei diesem Verfahren wird das ursprüngliche Oberwellensignal um eine bestimmte Periodenzahi verzögert, diese Verzögerung beträgt im einfachsten Fall eine Periode. Aus den Spannungsverläufen UB der Fig. 3 ist leicht zu erkennen, daß ein Analogvergleich zwischen verzögertem und ursprünglichen Signal bei defektem Drehstromgenerator eine Aussage zu liefern ins tande ist, da bei defektem Generator das um eine Periode verzögerte Signal zu bestEl ZeS:puricten nicht mehr mit dem Ursprungssignal ereinstimxt. Die Fig. 12 zeigt ein Ausführungsbeispiel zur Durchführung eines solchen Verzögerungsverfahrens mit analogem Speicher, wobei nach üblicher Signalaufbereitung mit Bandpaß 70 und Regelverstärker 20 das Ausgangssignal des Regelverstärkers einmal über die Leitung 120 direkt auf den einen Eingang eines Vergleichers 121 gelangt zum anderen über eine Verzögerungsschaltung 122, die als Verzögerungs-oder ll}ehrsere leitung zur Verzögerung um eine1Periodausgelegt sein kann, und der ein Tiefpaß 123 nachgeschaltet ist, um ein Analogsignal zu bilden, wenn die Verzögerung beispielsweise in quantisierten Teilschritten durchgeführt worden ist.
Die Fig. 13a zeigt bei 130 das originale Oberwellensignal und bei 131 das um eine Periode verzögerte Signal; eine Differenzbildung beider Signale beispielsweise mit dem Vergleicher 121 ergibt ein Ausgangsdifferenzsignal 0.
Anders ist dies bei der Fig. 13b, bei der das bei 132 um eine Periode verzögerte Originalsignal 131 zu einem Differenzsignal 133 führt, welches in entsprechender Weise ausgewertet werden kann.
Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 12 ist die Verzögerungsschaltung als Analogspeicher realisiert, der nach dem sogenannten "Eimerketten-Prinzip" arbeitet und in integrierter Ausführung auf dem Markt erhältlich ist. Zum besseren Verständnis wird zunächst auf die Schaltung der Fig. 14 verwiesen, die das Grundprinzip eines solchen Eimerkettenverfahrens erläutert; die Fig. 14a zeigt eine Anordnung von beliebig vielen parallel geschalteten Kondensatoren C1, C2.. . Cn> die über zugeordnete Schalter S1, 5n-l S 1 miteinander verbunden sind. Das darunter gezeigte Impulsdiagramm der Fig. 14b zeigt die Ansteuerimpulse für die einzelnen Schalter. Ein am ersten Kondensator Cl anliegendes Eingangs signal lädt bei Betätigung des Schalters S1 den Kondensator C2 auf; nach Öffnen des Schalters S1 und Schließen des Schalters S2 wird der Kondensator C3 aufgeladen. Nach diesem Prinzip fortlaufend gelangt der zum Zeitpunkt to an dem Kondensator C1 anliegende Analogwert nach n- 1 aufeinander folgenden Schaltimpulsen an den Ausgang auf Cn. Die gesamte Verzögerung beträgt somit = n T, wenn T der zeitliche Abstand von zwei Schaltimpulsen ist.
Die Darstellung der Fig. 14c zeigt ein praktisches Ausführungsbeispiel, welches handelsüblich als sog. IC erhältlich ist; bei der Schaltung der Fig. 14c bestehen die Schalter jeweils aus sog. Transfergattern T1,T2 .. bis beispielsweise T186, wobei jeweils sämtliche Schalter T2,T4,T6 .. mit geraden Indizes gleichzeitig und im nächsten Takt sämtliche Schalter T1,T3,T5 .. mit ungeraden Indizes schalten. Wichtig ist hierbei lediglich, daß sich die an den Eingängen 130 und 131 anliegenden Steuerimpulse für die einzelnen Schaltergruppen nicht überlappen. Da eine solche gesteuerte Verzögerungsschaltung als handelsüblicher IC etwa unter der Bezeichnung TCA 350 von der ITT erhältlich ist, wird auf den weiteren Aufbau und die weitere Funktion einer solchen Schaltung nicht weiter eingegangen; es wird lediglich noch darauf hingewiesen, daß die Speicherkondensatoren C1,C2 .. C185 integriert sind und die Transfergatter aus nahezu verlustlos sperrenden MOS-Feldeffekttransistoren bestehen. Um ein Analogsignal der Frequenz f1 analog zu verzögern, muß die Anzahl der pro Periode gewonnenen Momentanwerte nach dem Nyquist'schen Abtasttheorem mindestens 2 betragen unter der Annahme, daß keine höheren Frequenzanteile im Oberwellensignal enthalten sind.
Da jedoch das Frequenzspektrum auch aus höheren Frequenzanteilen besteht, besonders bei Generatorfehlern, muß die Anzahl der Abtastpunkte pro Periode größer gewählt werden.
(Abtasttheorem: Eine Funktion ist eindeutig definiert durch Amplituden im Abstand von T = 2 --- , wobei f die höch-2 f max ste in der Funktion enthaltene Frequenz ist. Zusätzlich muß die Abtastfrequenz bei der Anwendung für die Oberwellenanalyse synchron zur Eingangsfrequenz laufen, damit das verzögerte Signal direkt mit dem ursprünglichen verglichen werden kann. Die Anzahl der Perioden, um die verzögert werden soll, ist insoweit frei wählbar, als diese Zahl nicht durch 3 dividierbar sein darf (da sich nach dem Drehstromprinzip bei 3 Feldwicklungen ein Fehler nach drei Oberwellenperioden wiederholt) und höchstens so hoch sein darf, daß das Abtasttheorem noch gewährleistet ist. Als Beispiel sei eine Verzögerung von 5 Oberwellenperioden gewählt, wobei bei 185 Speicherplätzen entsprechend der Verzögerungsschaltung der Fig. 14 bezogen auf 5 Perioden das Abtasttheorem erfüllt ist. Gleichzeitig ist der große Frequenzabstand zwischen Eingangsfrequenz und Abtastfrequenz ft nach Fig. 12 von Vorteil bei der Aussiebung des verzögerten Signals (der Aufwand an Tiefpaßsiebmitteln wird gering gehalten).
Bei einer Oberwellenfrequenz von f1 - 1/T1 ergibt sich somit die Abtastfrequenz zu ft = 185/2.5. T1 = 18,5 fl Das bedeutet, daß die Abtastfrequenz 2 5 Tl ft sich bei diesem Analyseverfahren in einem starren Verhältnis zur Oberwellenfrequenz befindet und daher das Verfahren auch eine Unabhängigkeit von der Motordrehzahl sicherstellt.
Zur Synchronisierung der Oberwelleneingangsfrequenz fl und der Abtastfrequenz ft ist wiederum eine, weiter vorn schon erwähnte PLL-Schaltung vorgesehen, wobei die Oberwellenfrequenz zunächst wieder der Rechteckimpulsformerstufe 72 und dann einem Frequenzteiler 140 zugeführt ist, der die Eingangsoberwellenfrequenz fl um das Teilerverhältnis nl untersetzt. Die untersetzte Frequenz f2 = fl/nl gelangt auf den einen Eingang der PLL-Schaltung 141; der Eingangsbereich dieser PLL-Schaltung ist gebildet von einem exklusiven ODER-Gatter 142, dessen anderem Eingang die um das Teilerverhältnis n2 eines weiteren Frequenzteilers 143 untersetzte Ausgangsfrequenz ft eines spannungsgesteuerten Oszillators 144 zugeführt ist. Die Ausgangsfrequenz des Frequenzteilers 143 ist f3; sie wird von der PLL-Schaltung 141 der Frequenz f2 gleichgemacht, so daß folgende Beziehung gilt: f1/n1 = f2/n2 bzw.
Durch Wahl der Teilerverhältnisse der Frequenzteilung 140 und 143 läßt beispielsweise sich daher die Abtastfrequenz ftVauf das 18, 5fache der Oberwellenfrequenz so daß ob qe Bedincjun' erfolgt ist fl einstellenlund als Abtastfrequenz für die Verzögerungsschaltung 122 verwenden. Die Abtastfrequenz gelangt auf den Eingang 139 zur Steuerung der geradzahligen Transfergatter direkt und auf den Eingang 138 der Verzögerungsschaltung über einen Inverter 145. Im Vergleicher 121 wird das verzögerte Signal hinter dem Tiefpaß 123 mit dem ursprünglichen Oberwellensignal verglichen; der Vergleicher liefert dann üblicherweise das Meßergebris dahingehend, daß bei Ausgangsspannung UD des Vergleichers = 0 der Drehstromgenerator in Ordnung, bei Vorhandensein eines Ausgangssignals ein defekter Zustand des Vergleichei-s signalisiert wird.
Durch Kombination mit einem Signal eines OT-Gebers oder mit einem Zündsignal kann eine parallele Schlupfkon trolle vorgenommen werden; daher ist die Vorrichtung der Fig. 12 zur Diagnose praktisch sämtlicher Generatorfehler besonders gut geeignet.
Insgesamt läßt sich feststellen, daß bei Auswertung des Oberwellengehalts eines Drehstromgenerators eine schnelle und vor allen Dingen automatische Diagnose im eingebauten und angeschlossenen Zustand einer Lichtmaschine beim Kraftfahrzeug möglich ist, wobei lediglich zwei, maximal drei Anschlüsse erforderlich sind und Generatorfehler bevorzugt dt rch eine einfache JA-NEIN-Erkennung erkannt und aus gewertet werden können.
Besonders vorteilhaft ist die Möglichkeit einer gleichzeitigen Schlupfmessung und die Unabhängigkeit von Motordrehzahlen und den verschiedenen unterschiedlichen Generatortypen.

Claims

Patentansprüche 9 erfahren zur Funktionsüberprüfung von Drehstromgeneratoren, insbesondere von als Lichtmaschinen in Kraftfahrzeugen eingesetzte Drehstromgeneratoren im eingebauten und angeschlossenen Zustand, dadurch gekennzeichnet, daß der im Gleichstromantei eines Drehstromgenerators (1) zusätzlich enthaltene Oberwellenanteil ausgewertet und durch Analyse der Kurvenform auf die Funktionstüchtigkeit und gegebenenfalls auf die Art des Fehlers des Drehstromgenerators (1) geschlossen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dcß bei bekannter Polzahl und Drehzahlverhältnis Brennkraftmas chine / D rehstromgenerator die Frequenz der Drehstromgenerator-Oberwelle mit einem Drehzahlsignal von Brennkraftmaschine oder Drehstromgenerator verglichen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß während einer v on einem Drehzahlsignal der Brennkraftmaschine bestimmten Zeitraum die Oberwellenimpulse gezählt und mit einem aus Polzahl und D rehzahlverhältnis B rennkraftmas chine /Drehstromgenerator be stimmten Sollwert verglichen werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die oberwellenbehafteten Ausgangssignale, nämlich die Drehstromgeneratorausgangsspannung (UB) zur Batterie (7) und das Spannungssignal (UD) an der Klemme (D) entsprechend Versorgungsspannung der Erregerwicklung (2) in einer Vergleichs schaltung verglichen werden und bei Abweichung der Kurvenform eine Fehleranzeige erfolgt.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Signalaufbereitung Störspannungsfrequenzen außerhalb eines vorgegebenen Bandbereiches (fgl, fg2) ausgesiebt und die das Oberwellensignal bildenden Spannungsanteile mittels eines Regelverstärkers auf einen vorgegebenen konstanten Ausgangspegel angehoben werden.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das normierte Oberwellensignal in ein Rechtecksignal umgeformt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Feststellung von Fehlimpulsen beim aufbereiteten Oberwellensignal dieses zur Triggerung eines hierdurch in seinem astabilen Zustand verbleibenden monostabilen Kippglieds verwendet wird, welches bei Fehlen von Triggerimpulsen eine Nnderung seines Aus gangspotentials zeigt.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das aufbereitete und den Oberwellengehalt der Batterieklemmenspannung aufweisende Signal in seinem Frequenzverhalten mit einer extern erzeugten Frequenz verglichen und bei Frequenzungleichheit ein Fehlersignal angezeigt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die extern erzeugte Frequenz mit Hilfe eines PLL-Kreises aus dem Oberwellen-Rechtecksignal (fl) erzeugt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die bei Änderung der Oberwellen-Rechtecksignalfrequenz sich ändernde Regelspannung für die PLL-Schaltung differenziert und bei Vorhandensein eines Wechs elspannungs anteils zur F ehleranzeige aus gewertet wird.
11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Oberwellensignal des Drehstromgenerators um mindestens eine Periode verzögert und mit dem unverzögerten Signal verglichen wird, wobei bei Auftreten einer Differenz eine Fehleranzeige erfolgt.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Oberwellenanalogsignal zur Verzögerung auf eine Verzögerungsleitung gegeben wird, die von einer in einem festen Verhältnis zur Oberwellenfrequenz stehenden Abtastfrequenz gesteuert wird, wobei zur Erzeugung der Abtastfrequenz eine PLL-Schaltung verwendet wird.
13. Vorrichtung zur Funktionsüberprüfung von Drehstromgeneratoren, insbesondere von als Lichtmaschinen in Kraftfahrzeugen eingesetzte Drehstromgeneratoren im eingebauten und angeschlossenen Zustand, zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine den Oberwellengehalt der Drehstromgeneratorausgangsspannung (UB) und/oder der Erregerwicklerspannung (UD) auswertende und in eine Fehleranzeige umsetzende elektrische Schaltungsanordnung (76, 77, 78, 79, 81; 90, 91; 101; 111, 112, 113, 115, 116, 117; 122, 121) vorgesehen ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13 zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine von einem Drehzahlsignal (UK) gesteuerte Zähltorschaltung (77) vorgesehen ist, die während eines vorgegebenen, drehzahlsynchronen Zeitraums Oberwellensignalimpulse auf eine nachgeschaltete Zählschaltung (78) gelangen läßt, deren Zählergebnis einer den jewei,l,igen Zählwert mit einem von einer Sollwertschaltung (82) zugeführten Sollwert vergleichenden Schaltung (81) zugeführt ist, die bei Abweichung von einer zu erwartenden Oberwe llenimpulszahl eine nachgeschaltete Anzeigevorrichtung (83) zur Fehleranzeige veranlaßt.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähltorschaltung über eine Kippschaltung (76) von einem drehzahlsynchronen Signal (Zündsignal, oberem Totpunktgeber u. der.) gesteuert ist.
16. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß zur Oberwellen-Signalaufbereitung eine aus Hochpaß (52) und Tiefpaß (53) bestehende Bandpaßanordnung (70) vorgesehen ist, der ein Regelverstärker (20) nachgeschaltet ist, der das ihm zugeführte gesiebte Oberwellensignal auf einen normierten Ausgangspegel anhebt.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Regelverstärker (20) eine Spannungsteilerschaltung (25, 27J 40) umfaßt, deren einer Widerstand durch eine zugeführte steuernde Regelspannung derart veränderbar ist, daß 'am Ausgang eines der Spannungsteilerschaltung nachgeschalteten Differenzverstärkers (32) ein in seinem Pegel konstantes Oberwellen-Ausgangssignal erzielbar ist.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der steuernden Regelspannung das Ausgangssignal des ersten Differenzverstärkers (32) über eine Gleichrichterschaltung (35) einem zweiten Differenzverstärker (33) zugefiYhrt ist, dessen anderem Eingang ein einstellbares Referenzsignal zuführbar ist und dessen Ausgangsspannung als Regelsteuerspannung dem steuerbaren Widerstand (27, 40) der Spannungsteilerschaltung für das Oberwellen-Eingangssignal zugeführt ist.
19. Vorrichtung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß der steuerbare Widerstand ein Feldeffekttransistor (27) oder eine in ihrer Widerstandskennlinie steuerbare Diode (40) ist.
20. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 13 bis 19 zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Batterieklemmensignal (UB) und das Erregerwicklungssignal (UD) getrennt über Bandpaß- und Regelverstärkerschaltung (70, 20; 70', 20') einer Vergleichsschaltung (90) zuführbar sind, die bei Kurvenformabweichung über ein entsprechend erzeugtes Ausgangssignal eine nachgeschaltete Fehleranzeigeanordnung (91) zur Fehler -anzeige aussteuert.
21. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 13 bis 20 zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein nachtriggerbares monostabiles Kippglied (Monoflop 101) vorgesehen ist, dessen Standzeit zur Abstimmung auf die Frequenz des dieses Monoflop (101) triggernden Oberwellenrechtecksignals einstellbar, jedoch so bemessen ist, daß bei Fehlen eines Triggerimpulses unter Änderung des Ausgangspotentials ein Rückkippen in den stabilen Zustand erfolgt.
22. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 13 bis 19 zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Batterieklemmensignal (UB) nach Filterung und Rechteckformung einer Phasen- und Frequenzvergleicherschaltung (111) zuführbar ist, deren anderem Eingang zur Bildung einer PLL-Schaltung das Ausgangsfrequenzsignal eines spannungsgesteuerten, nachgeschalteten Oszillators (112) zugeführt ist, wobei die Phasen- und Frequenzvergleicherschaltung (111) ein den spannungsgesteuerten Oszillator (112) in seiner Frequenz beeinflussendes Ausgangsregelsignal (U) erzeugt.
23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß der PLL-Schaltung (111, 112) eine auf einen Frequenzunterschied ansprechende Frequenzvergleichs schaltung (113) nachges chaltet ist, die über eine nachgeschaltete Auswertes chaltung (114) bei Frequenzabweichung der steuernden Eingangs-Oberweilenfrequenz von der selbst erzeugten Ersatzfrequenz (f2) ein Fehlersignal erzeugt.
24. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß das steuernde Ausgangs-Gleichspannungssignal der Phasen- und Frequenzvergleicherschaltung (111) einem Differenzierglied (115, 116) und einer auf einen We chs elspannungsanteil ansprechenden Auswerteschaltung (117) zugeführt ist.
25. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 13 bis 19 zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Batterieklemmensignal (UB) nach Siebung und Normierung einer Vergleichsschaltung (121) zugeführt ist, deren anderem Eingang das um mindestens eine Periode verzögerte gleiche Oberwellen-Analogsignal zugeführt ist und daß die Vergleichsschaltung (121) so ausgebildet ist, daß bei Abweichung von der Kurvenform ein einen Fehler anzeigendes Ausgangssignal erzeugbar ist.
26. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verzögerung des als Vergleichssignal dienenden analogen Eingangs-Oberwellensignals eine Verzögerungsschaltung (122) mit nachgeschaltetem Tiefpaß (123) vorgesehen ist.
27. Vorrichtung nach Anspruch 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungsschaltung nach dem Eimerkettenprinzip gebildet ist aus einer Vielzahl über Schalter (S1, S2... Sn) miteinander verbundener und insofern parallel liegender Ladekondensatoren (C1, C2... Cn).
28. Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die als Transfergatier (T1, T2, T3, T4...) ausgebildeten Schalter selektiv aliernativ von einer Abtastfrequenz getriggert sind. die in einem festen Frequenzverhältnis zur Frequenz der zu verzögernden Analogspannung steht.
29. Vorrichtung nach Anspruch 26 bis 28, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß zur Erzeugung der Abtastfrequenz (ft) für die Verzögerungsschaltung (122) eine PLL-Schaltung vorgesehen ist, deren einem Eingang über eine Rechteckimpulsformerstufe (72) und einen Frequenzteilr (140) die steuernde Eingangsfrequenz des analogen Eingangssignals und deren anderem Eingang über einen Frequenzteiler (143) die selbst erzeugte Abtastfrequenz (ft) zum Verg]eicb zugeführt ist.